單級蒸汽壓縮制冷循環：

四個部件需要冷媒在其中循環才能完成其功能：

水的狀態變化（大氣壓下）：

冷媒變化分析：

Lgp-h圖的應用：冷媒變化在圖上的反映。

制冷劑的發展、應用與選用原則：

制冷劑是制冷機中的工作介質，它在制冷機系統中循環流動，通過自身熱力狀態的變化與外界發生能量交換，從而實現制冷的目的。

蒸氣制冷機中的制冷劑從低溫熱源中吸取熱量，在低溫下氣化，再在高溫下凝結，向高溫熱源排放熱量。所以，只有在工作溫度范圍內能夠氣化和凝結的物質才有可能作為制冷劑使用。多數制冷劑在大氣壓力和環境溫度下呈氣態。

作為制冷劑應該符合如下要求：

1、熱力學性質方面

（1）在工作溫度范圍內有合適的壓力和壓力比。

蒸發壓力≥大氣壓力；冷凝壓力不要過高；冷凝壓力與蒸發壓力之比不宜過大。

（2）汽化潛熱大，則單位制冷量q0以減少系統中的制冷劑循環量。

（3）氣體比容要小，單位容積制冷量qv比較大，以減少壓縮機的幾何尺寸。

（4）比功w和單位容積壓縮功wv小，循環效率高。

（5）絕熱指數小，等熵壓縮的終了溫度t2不太高，以免潤滑條件惡化（潤滑油粘性下降、結焦）或制冷劑自身在高溫下分解。

（6）循環的熱力學完善度盡可能大。

2、遷移性質方面

（1）粘度、密度盡量小，這樣可減少制冷劑在系統中的流動阻力以及制冷劑的充注量。

（2）熱導率大，這樣可以提高熱交換設備（如蒸發器、冷凝器、回熱器……等）的傳熱系數，減少傳熱面積，使系統結構緊湊。

3、物理化學性質方面

無毒、不燃燒、不爆炸、使用安全。

化學穩定性和熱穩定性好，制冷劑要經得起蒸發和冷凝的循環變化，使用中不變質，不與潤滑油反應，不腐蝕制冷機構件，在壓縮終了的高溫下不分解。

對大氣環境無破壞作用，即不破壞大氣臭氧層，沒有溫室效應。

4、其它

原料來源充足，制造工藝簡單，價格便宜。當然，完全滿足上述要求的制冷劑是不存在的。各種制冷劑總是在某些方面有其長處，另一些方面又有不足。

制冷劑命名：

目前用得較多的制冷劑，按其化學組成主要有三類：

（1）無機物：例如，NH3、CO2和H2O等。

（2）鹵代烴：例如，四氟乙烷（R134a）、二氟一氯甲烷（R22）、三氟二氯乙烷（R123）、五氟丙烷（R245ca）等。

（3）碳氫化合物：甲烷、乙烷、丙烷、異丁烷、乙烯、丙烯等。

上述三類制冷劑中，鹵代烴屬于人工合成制冷劑，其余為自然制冷劑。

為了書寫方便，國際上統一規定用字母“R”和它后面的一組數字或字母作為制冷劑的簡寫符號。字母“R”表示制冷劑，后面的數字或字母則根據制冷劑的分子組成按一定的規則編寫。編寫規則為：

1.無機化合物

無機化合物的簡寫符號規定為R7( )。括號代表一組數字，這組數字是該無機物分子量的整數部分。例如：NH3，H2O，CO2。

分子量的整數部份分別為17，18，44。符號表示R717，R718，R744。

2.鹵代烷烴和其它烷烴類

烷烴類化合物的分子通式為CmH2m+2；鹵代烷烴的分子通式為CmHnFxClyBrz (n+x+y+z=2m+2)，它們的簡寫符號規定為R(m-1)(n+1)(x)B(z)，每個括號是一個數字，該數字數值為零時省去寫，乙烷類同分異構體則在其最后加一個小寫英文字母以示區別，丙烷類同分異構體則在其最后加兩個小寫英文字母以示區別。表1為一些制冷劑的符號舉例。

表1 制冷劑符號舉例

值得指出的是，正丁烷和異丁烷例外。它們分別用R600和R600a表示。

3.非共沸混合制冷劑

非共沸混合制冷劑的簡寫符號為R4( )。括號代表一組數字，這組數字為該制冷劑命名的先后順序號，從00開始。構成非共沸混合制冷劑的純物質種類相同，但成分不同，則分別在最后加上大寫英文字母以示區別。例如，最早命名的非共沸混合制冷劑寫作R400，以后命名的按先后次序分別用R401、R402、…、R407A，R407B，R407C等表示。

4.共沸混合制冷劑共沸混合制冷劑的簡寫符號為R5( )。括號代表一組數字，這組數字為該制冷劑命名的先后順序號，從00開始。例如最早命名的共沸制冷劑寫作R500，以后命名的按先后次序分別用R501、R502、…、R507表示。

5.環烷烴、鏈烯烴、醚以及它們的鹵代物

其簡寫符號規定：環烷烴及環烷烴的鹵代物用字母“RC”開頭，鏈烯烴及鏈烯烴的鹵代物用字母“R1”開頭，醚及醚的鹵代物用字母“RE”開頭，其后的數字排寫規則與鹵代烴及烷烴類符號表示中的數字排寫規則相同。

此外，有機氧化物，脂肪族胺，它們用R6開頭，其后的數字是任選的。

制冷劑的物理化學性質及其應用：

在選用制冷劑時，除了要考慮熱力性質外，還需要考慮制冷劑的物理化學性質，例如毒性、燃燒性、爆炸性、與金屬材料的作用、與潤滑油的作用、與大氣環境的“友好性”等。有時這些因素可能是考慮選擇制冷劑的主要因素。

一、安全性

安全性對操作人員是非常重要的，尤其是在制冷機長期連續運轉的情況下。制冷劑的毒性、燃燒性和爆炸性都是評價制冷劑安全程度的性質，各國都規定了最低安全程度的標準，如ANSI/ASHRAE 15-2004等。

（一)毒性

毒性通常是根據對動物的試驗和對人的影響的資料來確定的。美國工業與環境衛生專家大會用TLVs（Threshold Limit Values）指標作為毒性標準，美國杜邦公司用AEL（Allowable Exposure Limit）指標作為毒性標準，這兩個指標在數量上非常接近。它們都反映了人們在較長時間內接觸制冷劑而不至于產生不良反應。如果這些指標的數值為1000或1000以上，則可認為這種制冷劑是無毒的。表2-7給出了一些常用制冷劑的TLVs值或AEL值。值得指出的是，雖然一些氟利昂制冷劑其毒性都較低，但它們在高溫或火焰作用下會分解出極毒的，這一點在使用時要特別注意。

表2 制冷劑的毒性指標

(二)燃燒性和爆炸性

各種制冷劑的燃燒性和爆炸性差別很大。易燃的制冷劑在空氣中的含量達到一定范圍時，遇明火就會產生爆炸。因此，應盡量避免使用易燃和易爆炸的制冷劑。萬一必須使用時，必須要有防火防爆安全措施。一些易燃制冷劑的爆炸特性見表3。表中，None表示不燃燒，爆炸極限表示在空氣中發生燃燒或爆炸的體積百分比的范圍。這一范圍的下限值越小，表示越易燃；下限值相同，則范圍越寬越易燃。

表3 一些制冷劑的易燃易爆特性

(三)安全分類

以前對制冷劑的安全性分別以毒性和可燃性作出規定，現在國際標準ISO 5149-93和美國標準ANSI/ASHRAE 34-2004對制冷劑的安全分類作了較大的調整，將毒性與可燃性合在一起，規定了6個安全等級，表5給出了這6個等級的劃分定義。表4給出了一些制冷劑的安全分類。

表4 一些制冷劑的安全分類

表5 ASHRAE34以毒性和可燃性為界限的安全分類

注：LFL―燃燒下限，在指定的實驗條件下，能夠在制冷劑和空氣組成的均勻混合物中傳播火焰的制冷劑最小濃度（kg/m3）。

二、熱穩定性：

通常，制冷劑因受熱而發生化學分解的溫度大大高于其工作溫度，因此在正常運轉條件下制冷劑是不會發生裂解的。但在溫度較高又有油、鋼鐵、銅存在時長時間使用會發生變質甚至熱解。例如：

氨：當溫度超過250℃時分解成氮和氫。

丙烷：當含有氧氣時，在460℃時開始分解，660℃時分解43％，830℃時完全分解。

R22：在與鐵相接觸時550℃開始分解。

三、對材料的作用

碳氫化合物制冷劑對金屬無腐蝕作用。

在正常情況下，鹵素化合物制冷劑與大多數常用金屬材料不起作用。但在某種情況下，一些材料將會和制冷劑發生作用，例如水解作用、分解作用等。制冷劑與金屬材料接觸時發生分解作用強弱程度的次序(從弱到強)是鉻鎳鐵耐熱合金、不銹鋼、鎳、紫銅、鋁、青銅、鋅、銀(分解作用最大)。

氨制冷機中不適合用黃銅、紫銅和其它銅合金，因為有水分時要引起腐蝕。但磷青銅與氨不起作用。

“鍍銅”現象：當制冷劑在系統中與銅或銅合金部件接觸時，銅溶解到混合物中，當和鋼或鑄鐵部件接觸時，被溶解的銅離子析出并沉浸在鋼鐵部件上形成一層銅膜。

氨制冷機中不能用黃銅、紫銅和其它銅合金（磷青銅除外），因為有水分時要引起腐蝕。

氟里昂對塑料等高分子化合物會起“膨潤”作用(變軟、膨脹和起泡)，故在制冷系統中要選用特殊橡膠或塑料。

含鎂量超過約2％的鎂鋅鋁合金不能用在鹵素化合物制冷劑的制冷機中，因為若有微量水分存在時就會引起腐蝕。

四、對潤滑油的互溶性

在大多數制冷機里，工質與潤滑油相互接觸是不可避免的。各種工質與潤滑油之間的溶解程度不同。有的完全互溶，有的幾乎不溶解，而有的是部分溶解。

若制冷工質與油不相溶解，可以從冷凝器或貯液器將油分離出來，避免油帶入蒸發器中，降低傳熱效果。

制冷工質與油溶解會使潤滑油變稀，影響潤滑作用，且油會被帶入蒸發器中，影響到傳熱效果。

五、對水的溶解性

不同制冷劑溶解水的能力不同。

氨可以溶解比它本身大許多倍的水，生成的溶液冰點比水的冰點低。因此在運轉的制冷系統中不會引起結冰而堵塞管道通路，但會對金屬材料引起腐蝕。

氟利昂很難與水溶解，烴類制冷劑也難于溶解于水。例如在25℃時，水在R134a液體中只能溶解0.11%(質量百分比)。

當制冷劑中水的含量超過上述百分數時就會有純水存在。

當溫度降到0℃以下時，水就會結成冰，堵塞節流閥或毛細管的通道，形成“冰堵”，致使制冷機不能正常工作。表6給出水分在一些制冷劑中的溶解度。

表6 水分在一些制冷劑中的溶解度（25℃）

前面已經提到，水溶解制冷劑后會發生水解作用，生成酸性產物，腐蝕金屬材料。

含有氯原子的制冷劑會水解并生成鹽酸，不但會腐蝕金屬材料，而且還會降低電絕緣性能。因此，制冷系統中不允許有游離的水存在。

六、泄漏性

制冷機工作時不允許有制冷劑向系統外泄漏，因此需要經常在設備、管道的接合面處檢查有無制冷劑漏出。

氨有強烈的臭氣，人們依靠嗅覺就容易判別是否有泄漏。由于氨極易溶于水，因此不能用肥皂水檢漏。通常用酚酞試劑和試紙檢漏，如有泄漏，試劑或試紙會變成紅色。

氟利昂是無色無臭的物質，泄漏時不易發覺。檢漏的方法有鹵素噴燈和電子檢漏儀兩種。鹵素噴燈是通過燃燒酒精去加熱一塊紫銅，空氣被吸入噴燈，當空氣內含有氟利昂時氣流與紫銅接觸就會發生分解，并使燃燒的火焰變成黃綠色(當泄漏量小時)或紫色(當泄漏量大時)。

用電子檢漏儀檢漏是一種較精密的方法。儀器中有一對鉑電極，空氣由風機吸入并流過電極，當含有氟利昂時電極之間的導電率會發生變化，通過電流計可以反映出來。

七、制冷劑與大氣環境

氟利昂類制冷劑中，凡分子內含有氯或溴原子的制冷劑對大氣臭氧層有潛在的消耗能力。為描述對臭氧的消耗特征及其強度分布，通常使用ODP值。

南極臭氧空洞的變化

ODP值（Ozone Depletion Potential）表示對大氣臭氧層消耗的潛能值，以R11（CFC11）作為基準值，其值被人為地規定為1.0 。

這類制冷劑不僅要破壞大氣臭氧層，還具有全球變暖潛能（GlobalWarming Potential，簡稱GWP）。具有全球變暖效應的氣體稱為溫室氣體。作為基準，人們也選用R11(CFC-11)的值為1.0，其符號為HGWP。

表7 一些制冷劑的ODP值和GWP值

從上述討論可以看出，傳統制冷劑R11，R12不僅ODP值很高，而且GWP值也很高，是大氣環境極不友好的制冷劑，因此要被禁止使用。作為替代R12的新制冷劑R134a，雖然其ODP值已經是０，但仍有較高的GWP值，要造成全球變暖效應。一些自然制冷劑如R600a，R717，R290等，它們既不破壞大氣臭氧層，又不導致全球變暖，是環境“友好”制冷劑。

常用制冷劑：

一、無機物

1. R717（氨）

氨是應用較廣的中溫制冷劑。沸點-33.3℃，凝固點-77.9℃。

氨具有較好的熱力學性質和熱物理性質，在常溫和普通低溫范圍內壓力比較適中。單位容積制冷量大，粘性小，流動阻力小，傳熱性能好。

氨對人體有較大的毒性，也有一定的可燃性，安全分類為B2。氨蒸氣無色，具有強烈的刺激性臭味。它可以刺激人的眼睛及呼吸器官。氨液飛濺到皮膚上時會引起腫脹甚至凍傷。

氨能以任意比例與水相互溶解，組成氨水溶液，在低溫時水也不會從溶液中析出而凍結成冰。所以氨系統里不必設置干燥器。但氨系統中有水分時會加劇對金屬的腐蝕，同時使制冷量減小。所以一般限制氨中的含水量不得超過0.2%。

氨在礦物油中的溶解度很小，因此氨制冷劑管道及換熱器的傳熱表面上會積有油膜，影響傳熱效果。

氨對鋼鐵不起腐蝕作用，但當含有水分時將要腐蝕鋅、銅、青銅及其它銅合金。

目前氨用于蒸發溫度在-65℃以上的大型或中型單級、雙級往復活塞式及螺桿式制冷機中，也有應用于大容量離心式制冷機中。

2.R744（二氧化碳）

二氧化碳是一種既古老又新興的自然工質。干冰是固體二氧化碳的習慣叫法。干冰的三相點參數為：三相點溫度-56.6℃，三相點壓力520kPa。因此，在大氣壓下，二氧化碳為固態或氣態，不存在液態。干冰在大氣壓力下的升華熱為573.6kJ/kg，升華溫度為-78.5℃。

二氧化碳作為制冷劑被廣泛地應用于制冷空調系統中，與氨制冷劑一樣，是當時最為常用的制冷工質。在幾種常用的自然工質中，可以說二氧化碳最具競爭力，在可燃性和毒性有嚴格限制的場合，二氧化碳是最理想的。

缺點：運行壓力較高，循環效率較低。

二氧化碳作為制冷工質有許多獨特的優勢，從對環境的影響來看，除水和空氣以外，二氧化碳是與環境最為友善的制冷工質。除此以外，二氧化碳還具有下列特點：

（1）良好的安全性和化學穩定性：無毒、不可燃 ，便在高溫下也不分解產生有害氣體；

（2）具有與制冷循環和設備相適應的熱物理性質，單位容積制冷量相當高，運動粘度低；

（3）優良的流動和傳熱特性，可顯著減小壓縮機與系統的尺寸，使整個系統非常緊湊，而且運行維護也比較簡單，具有良好的經濟性能；

（4）二氧化碳制冷循環的壓縮比要比常規工質制冷循環低，壓縮機的容積效率可維持在較高的水平。

二、鹵代烷烴

1.R134a

R134a（四氟乙烷，CH2FCF3）是被廣泛應用的中溫制冷劑，沸點-26.26℃，凝固點-96.6℃；應用于中等蒸發溫度和低蒸發溫度的制冷系統中。

R134a無色，毒性很小，不燃燒，不爆炸，是一種很安全的制冷劑。只有在空氣中濃度過大時(容積濃度超過80%)才會使人窒息。它對大氣臭氧層沒有破壞作用，但全球變暖潛能值為1430。

R134a當溫度達到370℃以上時，與明火接觸會分解出氟化氫等有毒氣體。

水在R134a中的溶解度很小，僅0.11％，且隨溫度的降低而減小。但是，即使少量水分存在，在潤滑油等的一起作用下，將會產生酸、CO或CO2，將對金屬產生腐蝕作用，或產生“鍍銅”現象。

在常用溫度范圍內R134a與礦物油不相溶，但在溫度較高時能完全溶解于多元烷基醇類（Polyalkylene Glycol，簡稱PAG）和多元醇酯類（Polyol Ester，簡稱POE）合成潤滑油；在溫度較低時，只能溶解于POE合成潤滑油。

R134a對鋼、鐵、銅、鋁等金屬均未發現有相互化學反應的現象，僅對鋅有輕微的作用。R134a對塑料無顯著影響，除了對聚苯乙烯稍有影響外，其它的大多可用。和塑料相比，合成橡膠受R134a的影響略大，特別是氟橡膠。全封閉壓縮機中的繞組導線要用耐氟絕緣漆。

R134a很容易通過機器的接合面的不嚴密處、鑄件中的小孔及螺紋接合處泄漏。所以對鑄件要求質量高，對機器的密封性要求良好。

2．R22

R22(二氟一氯甲烷，CHF2Cl)也是較常用的中溫制冷劑，在相同的蒸發溫度和冷凝溫度下，R22比R134a的壓力要高65%左右。R22的沸點為-40.8℃，凝固點-160℃。它在常溫下的冷凝壓力和單位容積制冷量與氨差不多，比R134a要大，壓縮終溫介于氨和R134a之間，能制取的最低蒸發溫度約為-80℃。

R22無色無味，不燃燒，不爆炸，毒性小，但仍是安全的制冷劑，安全分類為A1。傳熱性能與流動性能較好；它屬于不溶于水的物質，制冷系統含水量限制在0.001%以內。同時系統內應裝設干燥器。

R22化學性質穩定，但它對有機物的膨潤作用較強，密封材料可采用氯乙醇橡膠。

R22能夠部分地與礦物油相互溶解，而且其溶解度隨著礦物油的種類及溫度而變。礦物油在R22制冷系統各部分中產生不同的影響。較大容量的R22制冷機在起動前需先對曲軸箱內的油加熱，讓R22先蒸發掉。

R22對金屬與非金屬基本不發生化學反應作用，其泄漏特性與R134a相似。

R22屬于HCFC類制冷劑，R22對大氣臭氧層有輕微破壞作用，并產生溫室效應。它是第二批被列入限用與禁用的制冷劑之一。我國將在2040年1月1日起禁止生產和使用。

R22廣泛用于冷藏、空調、低溫設備中。在活塞式、離心式、壓縮機系統中均有采用。

三、碳氫化合物

1、R600a

常用的碳氫化合物制冷劑為R600a。R600a（異丁烷，i-C4H10）的沸點為-11.73℃，凝固點-160℃ 。

R600a的臨界壓力比R12低、臨界溫度及臨界比體積均比R12高，標準沸點高于R12約18℃，飽和蒸氣壓比R12低。在一般情況下，R600a的壓比要高于R12且容積制冷量要小于R12。為了使制冷系統能達到與R12相近的制冷能力，應選用排氣量較大的制冷壓縮機。但它的排氣溫度比R12低，后者對壓縮機工作更有利。兩者的粘性相差不大。

R600a的毒性非常低，但在空氣中可燃，因此安全類別為A3，在使用R600a的場合要注意防火防爆。

R600a與礦物油能很好互溶，不需昂貴的合成潤滑油。

除可燃外，R600a與其它物質的化學相溶性很好，而與水的溶解性很差，這對制冷系統很有利。但為了防止“冰堵”現象，制冷劑允許含水量較低，對除水要求相對較高。此外，R600a的檢漏不能用傳統的檢漏儀檢漏，而應該用專門適合于R600a的檢漏儀檢漏。

盡管R134a在許多方面表現出作為R12替代制冷劑的優越性，但它仍有較高的GWP值，因此，許多人提倡在制冷溫度較低場合（如電冰箱）用R600a作為R12的永久替代物。

2、R290 （丙烷 C3H8） R22另一種新型替代品

R290的標準沸點和臨界溫度與R22非常接近，臨界壓力比R22低，凝固點比R22低，其基本物理性質與R22相當，具備替代R22的基本條件。

在飽和液態時，R290比R22的密度小很多，所以在相同的容積下R290的充注量要小得多。在相同溫度下，R290的氣化潛熱比R22的氣化潛熱大一倍左右，因此制冷系統的制冷劑循環量小。R290的氣態動力粘滯系數和飽和液態動力粘滯系數都比R22的小。R290的飽和液態和飽和氣態的導熱系數都比R22的大。

R290的最大缺點是具有可燃性和爆炸性。另外R290的蒸氣比體積比R22的大，單位容積制冷量比R22小，這意味著壓縮機的排氣量相同時，R290的制冷量有所減少。

四、混合制冷劑

混合制冷劑是由兩種或兩種以上的純制冷劑以一定的比例混合而成的。按照混合后的溶液是否具有共沸的性質，分為共沸制冷劑和非共沸制冷劑兩類。

（一）共沸混合制冷劑

共沸制冷劑有下列特點：

（1）在一定的蒸發壓力下蒸發時，具有幾乎不變的蒸發溫度，而且蒸發溫度一般比組成它的單組分的蒸發溫度低。

（2）在一定的蒸發溫度下，共沸制冷劑的單位容積制冷量比組成它的單一制冷劑的容積制冷量要大。

（3）共沸制冷劑的化學穩定性較組成它的單一制冷劑好。

（4）在全封閉和半封閉壓縮機中，采用共沸制冷劑可使電機得到更好的冷卻，電機繞組溫升減小。

表8 幾種共沸制冷劑的組成和沸點

由于上述特點，在一定的情況下，采用共沸制冷劑可使能耗減少。例如，R502在低溫范圍內(蒸發溫度在-60～-30℃)，能耗較R22低，而在高溫范圍內(蒸發溫度-10～+10℃)，能耗較R22高。因此，通常R502用在低溫冷藏冷凍中，而R22用在空調中。

（二）非共沸混合制冷劑

一定壓力下溶液加熱時，首先到達飽和液體點A(泡點)，再加熱到達點B，即進入兩相區，繼續加熱到點C(露點)時全部蒸發完成為飽和蒸氣。

定壓相變時溫度發生變化。

應用于變溫熱源的溫差匹配場合，實現近似的洛倫茨循環，達到節能目的。

沒有共同的沸點。泡點溫度和露點溫度的溫差稱之為溫度滑移。

限制：

使用共沸制冷劑的麻煩是當制冷裝置中發生制冷劑泄漏時，剩余系統的混合物的含量就會改變。

因此需要向系統中補充制冷劑使其達到原來的數量與含量，并需要通過計算來確定兩種制冷劑的充注量。

（三）常用混合制冷劑的特性

1、共沸制冷劑R502

R502的沸點為-45.4℃，是性能良好的中溫制冷劑，可代替R22用于獲得低溫。當在相同的吸氣溫度和壓比下，使用R502時壓縮機的排氣溫度比使用R22時低10～25℃。

R502的溶水性比R12大1.5倍，在82℃以上與礦物油有較好的溶解性，低于82℃時，對礦物油的溶油性差。油將與R502分層。

由于R502構成組分中含有大量的R115，因此，它的ODP值較高，在發達國家也已經禁止使用。

2、共沸制冷劑R507

R507是一種新的制冷劑，是作為R502的替代物提出來的。其ODP值為零。它的沸點為-46.7℃，與R502的沸點非常接近。相同工況下，制冷系數比R502略低，容積制冷量比R502略高，壓縮機排氣溫度比R502略低，冷凝壓力比R502略高，壓比略高于R502。它不溶于礦物油，但能溶于聚酯類潤滑油。凡是用R502的場合，都可以R507來替代。

3、非共沸混合制冷劑R407C

R407C是一種三元非共沸混合制冷劑，它是作為R22的替代物而提出的。在壓力為標準大氣壓時，其泡點溫度為-43.4℃，露點溫度為-36.1℃，與R22的沸點較接近。與其它HFC制冷劑一樣，R407C也不能與礦物油互溶，但能溶解于聚酯類合成潤滑油。研究表明，在空調工況（蒸發溫度≈7℃）下，R407C容積制冷量以及制冷系數比R22略低（約5%）。因此，將R22的空調系統換成R407C，只要將潤滑油和制冷劑改換就可以了，而不需要更換制冷壓縮機，這是R407C作為R22替代物的最大優點。但在低溫工況（蒸發溫度＜-30℃）下，雖然其制冷系數比R22低得不多，但它的容積制冷量比R22要低得多（約20%），這一點在使用時要特別注意。此外，由于R407C的泡露點溫差較大，在使用時最好將熱交換器作成逆流形式，以充分發揮非共沸混合制冷劑的優勢。

4、非共沸混合制冷劑R410A

R410A是一種兩元混合制冷劑，它的泡露點溫差僅0.2℃，可稱之為近共沸混合制冷劑。與其它HFC制冷劑一樣，R410A也不能與礦物油互溶，但能溶解于聚酯類合成潤滑油。它也是作為R22的替代物提出來的。雖然在一定的溫度下它的飽和蒸氣壓比R22和R407C均要高一些，但它的其它性能比R407C要優越。它具有與共沸混合制冷劑類似的優點，它的容積制冷量在低溫工況時比R22還要高約60％，制冷系數也比R22高約5％；在空調工況時，容積制冷量和制冷系數均與R22差不多。與R407C相比較，尤其是在低溫工況，使用R410A的制冷系統具有更小的體積（容積制冷量大），更高的能量利用率。但R410A不能直接用來替換R22的制冷系統，在使用R410A時要用專門的制冷壓縮機，而不能用R22的制冷壓縮機。

世界上，雖然研究氟利昂22替代物的工作已全面開始。但到目前為止，尚未找到一種純工質可以作為氟利昂22系統的直接充注或替代物來簡單地替換氟利昂22在制冷空調業中的角色。

采用混合工質，則可利用其各組分的優勢互補來得到整體熱物性、制冷性能和理化性能等主要制冷劑特性指標均接近于氟利昂22的制冷劑。

目前，國際呼聲最高的氟利昂22混合工質替代物有R401A和R407C兩種。

對于家用空調器，歐洲國家傾向于選用R407C，而美國和日本傾向于R401A。

R401A雖然是一種近共沸混合物，有利于進行維修和回收，且高壓狀態制冷劑的熱物性以及與固體壁的換熱性能得以提高，形成強化換熱，使R401A空調機的體積大幅減少。但由于涉及改動管路，且壓力大約要提高1.6倍，相應的銅管路、閥門、連接件等所有與制冷劑接觸的部件其承壓能力都要作相應的改動以1.6倍的壓力，因此比較難以實現。而采用R407C作為制冷劑，壓力基本相當，壓機也只需作較小改動。

表9 中國制冷空調和化工行業最終淘汰消耗臭氧層物質時間表

表10 HCFC禁用時間表（發達國家）

R32、R290新冷媒的特性:

R32基本性能:

中文名稱：二氟甲烷；分子式：CH2F2；

物理性質：為無色、無味、輕微燃燒（A2級別）。冷媒R410A是無毒，不可燃（ A1級別）；

不爆炸、無毒、可燃，但仍然是安全的制冷劑。

R32的熱力學性能與R410A相近。

R22GWP值675。

R290基本性能

中文名稱：丙烷；分子式：C3H8 外觀與性狀：無色氣體，純品無臭；

溶解性：微溶于水，溶于、乙醇；

閃點(℃)：-104；爆炸上限%(V/V)：9.5 ；爆炸下限%(V/V)：2.1；

相對密度(空氣=1)：1.56； 燃燒熱(kJ/mol)：2217.8 引燃溫度(℃)：450~470；

注：閃點：可燃性液體表面上的蒸汽和空氣的混合物與火接觸而初次發生閃光時的溫度。

冷媒物性對比

相對于HFC的優缺點

常用制冷劑安全等級劃分：

燃燒下限(LFL)：指在23℃和101.3kPa條件下最小可燃濃度（與空氣均勻混合）。

總結：

1、 R32制冷劑全球變暖系數是R410A的1/3,較傳統的R410A、R22制冷劑環保，但R32具有一定的可燃性。

2、與R410A制冷劑相比，R32飽和壓力高約3%，排氣溫度高約8-15℃，功率高約3-5%，能效比高約5%。

3、同工況、同壓縮機同運行頻率下，R32系統制冷量、能效比R410A制冷劑高約5%。

4.R290具有：

健康危害：有單純性窒息及作用。人短暫接觸 1％丙烷，不引起癥狀；10％以下的濃度，只引起輕度頭暈；接觸高濃度時可出現狀態、意識喪失；極高濃度時可致窒息。

危險特性：易燃氣體，與空氣混合能形成爆炸性混合物，遇熱源和明火有燃燒爆炸的危險。5.按充注重量計算，R290制冷劑的用量只有R22、R410a的40%~55%，用量更少，更為經濟。 6.凝固點低，蒸發潛熱更大，使得單位時間內降溫速度更快；等熵壓縮比做功小，使壓縮機工作更輕松，延長壓縮機的使用壽命；分子量小，流動性好，輸送壓力更低，減小了壓縮機的負載。使用R290制冷劑，節能率可達15~35%。

載冷劑：

一、載冷劑的作用及選用原則：

載冷劑：在間接制冷系統中用以傳遞冷量的中間介質,在制冷工程中稱之為載冷劑或第二制冷劑。

在蒸發器中被制冷劑冷卻并送到冷卻設備中吸收被冷卻系統的熱量，然后返回蒸發器將吸收的熱量傳遞給制冷劑，而載冷劑重新被冷卻。如此循環不止，以達到連續制冷的目的。

采用載冷劑的優點：可使制冷系統集中在較小的場所，因而可以減小制冷機系統的容積及制冷劑的充灌量；且因載冷劑的熱容量大，被冷卻對象的溫度易于保持恒定。

缺點：系統比不用載冷劑時復雜，且增大了被冷卻物和制冷劑間的溫差，需要較低的制冷機蒸發溫度。

選擇載冷劑時，應考慮下列一些因素：

1.載冷劑在工作溫度下應處于液體狀態；其凝固溫度應低于工作溫度，沸點應高于工作溫度。

2.比熱容要大。

3.密度小。載冷劑的密度小可使循環泵的功率減小。

4.粘度小。采用粘度小的載冷劑可使流動阻力減小，因而循環泵功率減小。

5.化學的穩定性好。

6.不腐蝕設備和管道。

7.載冷劑應不燃燒、不爆炸、無毒，對人體無害。

8.價格低廉，便于獲得。

載冷劑的種類很多，常用的有下列三類：

1、水

水可用來作為蒸發溫度高于0℃的制冷裝置中的載冷劑。由于水價格低廉，易于獲得，傳熱性能較好，因此在空調裝置及某些0℃以上的冷卻過程中廣泛地用作載冷劑。它的缺點是不能用于0℃以下的系統。

2、鹽水

鹽類，如氯化鈉、氯化鈣等的水溶液，稱為鹽水。鹽水的冰點比純水低，因此在蒸發溫度低于0℃的制冷裝置中可用作為載冷劑。它的主要缺點是對一些金屬材料要產生腐蝕。

3、有機化合物及其水溶液

某些有機化合物，如乙二醇水溶液、二氯甲烷、三氯乙烯等，具有較低的凝固溫度，可用作低溫載冷劑。它們的主要缺點是相對與水而言比熱容較小，某些化合物還有一定的毒性。

二、鹽水

共晶點：CaCl2水溶液：-55℃， NaCl水溶液：-17℃ ，MgCl2水溶液：-21℃。

合理選擇濃度：使用低于共晶含量的溶液，按凝固溫度比蒸發溫度低5-8℃來確定溶液含量。

注意防腐蝕：　加緩蝕劑，調整PH值至7.0-8.5，具有緩蝕作用，通常１m3 CaCl2水溶液加2kg，１m3 ＮaCl2水溶液加3.2kg。

定期測定比重。

三、有機載冷劑

乙二醇、丙二醇、丙三醇的水溶液都是性能較好的低溫載冷劑。這些水溶液的冰點都比水的冰點低，對管道、容器等金屬材料無腐蝕作用。其中，乙二醇水溶液是使用最為廣泛的有機載冷劑。

許多氟利昂可以作為低溫載冷劑使用，它們具有凝固點低、粘度較小、不燃燒和化學穩定性好的特點。

三氯乙烯雖然是不燃燒的載冷劑，但它對金屬、橡膠、有機物均有腐蝕作用，特別是在吸收水分后會水解出鹽酸，對不銹鋼也要腐蝕。此外，三氯乙烯還會揮發出氣體，對人體肝臟有影響和并可能致癌，因此目前以盡量避免采用為好。

由乙二醇(質量分數為40%)、乙醇(質量分數為20%)和水(質量分數為40%)組成的三元溶液（俗稱不凍液）可以代替三氯乙烯使用。在上述配比下，這種三元溶液沸點為98℃，冰點為－64℃，密度為1kg/L，比熱容為3.14 kJ/(kgK)，閃點為80℃。

潤滑油：

一、潤滑油的功效

潤滑油保證壓縮機正常運轉，對運動部件起潤滑與冷卻作用，在保證壓縮機運行的可靠性和使用壽命中起著極其重要的作用。

1、將油輸送到各運動部件的摩擦面，形成一層油膜，降低摩擦功，帶走摩擦熱，減少運動零件的摩擦量，提高壓縮機的可靠性和延長機器的使用壽命。

2、由于潤滑油帶走摩擦熱，不致于使摩擦面的溫升太高，因而防止運動零件因發熱而“卡死”。

3、對于開啟式壓縮機，在密封件摩擦面間隙中充滿潤滑油，既起到潤滑作用，又可防止制冷劑的泄漏。

4、潤滑油流經潤滑面可帶走機械雜質和油污，起到清洗作用。

5、潤滑油能在各零件表面形成油膜保護層，防止零件的銹蝕。

二、對潤滑油的要求

在制冷系統中，制冷劑與潤滑油直接接觸，不可避免地有一部分潤滑油與制冷劑一起在系統中流動，溫度變化較大。因此，為了實現上述功效，潤滑油應滿足如下基本要求：在運行狀態下，潤滑油應有適當的粘度。

1、凝固點要低，在低溫時有良好的流動性。

2、不含水分、不凝性氣體和石蠟。

3、對制冷劑有良好的兼容性，本身應具有較好的熱穩定性和化學穩定性。

4、絕緣耐電壓要高。

5、價格低廉，容易獲得。

三、分類與特性

冷凍機潤滑油按制造工藝可分成兩大類：

1.天然礦物油：簡稱礦物油。即從石油中提取的潤滑油。作為石油的餾分，礦物油通常具有較小的極性，它們只能溶解在極性較弱或非極性的制冷劑中，如：R600a，R22等。

2.人工合成油：簡稱合成油。即按照特定制冷劑的要求，用人工化學的方法合成的潤滑油。合成油主要是為了彌補礦物油難以與極性制冷劑互溶的缺陷而提出的，因此，合成油通常都有較強的極性，它們能溶解在極性較強的制冷劑中，如：R134a， R717等。人工合成潤滑油主要有：聚醇類，聚酯類，極性合成碳氫化合物等。

下圖為一種多元聚酯潤滑油與制冷劑和粘合物的性能曲線。隨著溫度提高，制冷劑含量增大，粘度明顯下降。

潤滑油隨制冷劑質量分數和系統溫度變化關系。

在制冷系統中，制冷劑與潤滑油直接接觸，不可避免地有一部分潤滑油與制冷劑一起在系統中流動。

隨著油含量增加，制冷劑飽和蒸汽壓大大降低。

不同潤滑油含量時制冷劑飽和蒸汽壓曲線。

四、潤滑油的選擇

潤滑油的選擇主要取決于制冷劑種類，壓縮機型式和運轉工況(蒸發溫度、冷凝溫度）等，一般是使用制冷機制造廠推薦的牌號。選擇潤滑油時，首先要考慮的是該潤滑油的低溫性能和對制冷劑的相溶性。從壓縮機出來隨制冷劑一起進入蒸發器的潤滑油由于溫度的降低，如果制冷劑對潤滑油的溶解性能不好的話，則潤滑油要在蒸發器傳熱管壁面上形成一層油膜，從而增加熱阻，降低系統性能。

值得指出的是，極性潤滑油如聚酯類油和聚醇類油都具有很強的吸水性，這一特性對制冷系統極其不利，在使用時要加以特別注意。

選擇潤滑油除了考慮與制冷劑的互溶性以外，還要考慮潤滑油的粘度。

由于潤滑油的存在，R22的表面傳熱系數明顯比純制冷劑的表面傳熱系數要低。

潤滑油含量對蒸發傳熱的影響。

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